Kaya Numunelerinin Dinamik Yükler Altında Mekanik Davranışının İncelenmesi

Yıl 2012, Cilt: 16 Sayı: 1, 96 - 102, 14.07.2014

Hüseyin Yavuz Kenan Tüfekçi Ramazan Kayacan Halim Cevizci

Öz

Bazı kaya mühendisliği uygulamaları, kayaların yüksek birim deformasyon hızlı yüklemeler altındaki davranışının tanımlanmasını zorunlu kılmaktadır. Kayaların dinamik özellikleri kesme, kazı, delme, patlatma ve kırma gibi madencilik ve inşaat amaçlı işlemlerde önemli olmaktadır. Bu çalışmada, kayaların dinamik testinde yaygın olarak kullanılan ayrık Hopkinson basınç çubuğu (SHPB) yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntemle bir kireçtaşına ait 7 adet numune test edilmiştir. Dinamik testlerin sonuçları analiz edilerek, yüksek birim deformasyon hızlı yüklemelerde kayalarda zamana bağlı dinamik basınç gerilmesinin ve elastik davranışın belirlenmesi için gerekli deneysel yöntem açıklanmıştır. Testlerde dinamik yükleme esnasında sinyal şekillendirme tekniği kullanılarak kaya numunelerinde dinamik gerilme dengesi ve sabit birim deformasyon oranının sağlandığı sonuçlar analiz edilerek görülmüştür. Aynı şartlarda, sağlam numunelerde birim zamandaki gerilme artışının (yükleme hızının) zayıf numunelere göre daha fazla olduğu belirlenmiştir. Sağlam numunelerin testi esnasında ölçülen sabit birim deformasyon süresi zayıf numunelere göre daha fazla olmaktadır. Numunelerde oluşan birim deformasyonun artış hızı ile elastisite modülü arasındaki ilişki incelenmiş olup elastisite modülü büyük ölçüde birim deformasyon hızına bağlıdır. Aynı şartlarda hızlı şekil değiştiren numunelerin elastisite modülü daha düşük değerlerde olmaktadır. Bu çalışmada test edilen kayanın dinamik basınç dayanımı statik dayanımının yaklaşık 2.5 katı olarak bulunmuştur.

Anahtar Kelimeler

Ayrık Hopkinson basınç çubuğu, kaya numunesi, dinamik davranış, yükleme hızı

Kaynakça

• Asprone, D., Cadoni, E., Prota, A., Manfredi, G. 2009. Dynamic behavior of a Mediterranean natural stone under tensile loading. International Journal of Rock Mechanics and Mining Science, 46 (3), 514–520.
• Bohloli, B. 1997. Effects of the geological parameters on rock blasting using the Hopkinson split bar. International Journal of Rock Mechanics and Mining Science, 34 (3-4), 321–329.
• Dai, F., Huang, S., Xia, K., Tan, Z. 2010. Some fundamental issues in dynamic compression and tension tests of rocks using split Hopkinson pressure bar. Rock Mechanics and Rock Engineering, 43 (6), 657–666.
• Frew, D.J., Forrestal, M.J., Chen, W. 2001. A split Hopkinson pressure bar technique to determine compressive stress–strain data for rock materials. Experimental Mechanics, 41 (1), 40–46.
• Goldsmith, W., Sackman, J.L., Ewert, C. 1976. Static and dynamic fracture strength of Barre granite. International Journal of Rock Mechanics and Mining Science & Geomechanics Abstracts, 13, 303-309.
• Hopkinson, B. 1914. A method of mesuring the pressure produced in the detonation of explosives or by the impact of bullets. Philosophical transactions of the royal society, 213, 437-456.
• Kolsky, H. 1949. An investigation of the mechanical properties of materials at very high rates of strain. Proceedings of the Physical Society, B62: 676–700.
• Kumar, A., Mies, L.T.S., Pengjun, Z. 2004. Design of an impact striker for a split Hopkinson pressure bar. Journal of the Institute of Engineering, 44(1), 119–130.
• Kumar, A. 1968. Effect of stress rate temperature on the strength of basalt and granite. Geophysics, 33(3), 501-510.
• Li, X.B., Hong, L., Yin, T.B., Zhou, Z., Ye, Z. 2008. Relationship between diameter of split Hopkinson pressure bar and minimum loading rate under rock failure. Journal of Central South University of Technology, 15, 218−223.
• Meyers, M.A. 1994. Dynamic behavior of materials. John Wiley & Sons. Namet-Nasser, S. 2000. Introduction to high strain rate testing. ASM Handbook, Mechanical testing and Evaluation, vol. 8, USA.
• Shan, R., Jiang, Y., Li, B. 2000. Obtaining dynamic complete stress–strain curves for rock using the split Hopkinson pressure bar technique. International Journal of Rock Mechanics and Mining Science, 37, 983–992.
• Sunny, G., Yuan, F., Prakash, V., Lewandowski, J. 2009. Design of inserts for split hopkinson pressure bar testing of low strain-to-failure materials. Experimental Mechanics, 49 (4), 479–490.
• Tüfekçi, K., 2008. Gerinim hızının kortikal kemiğin mekanik özellikleri üzerindeki etkisinin incelenmesi. Doktora tezi, Süleyman Demirel Üniversitesi, Isparta (yayımlanmamış).
• Wang, Q.Z., Li, W., Song, X.L. 2006. A method for testing dynamic tensile strength elastic modulus of rock materials using SHPB. Pure and Applied Geophysics, 163, 1091–1100.
• Xia, K., Nasseri, M.H.B., Mohanty, B., Lu, F., Chen, R., Luo, S.N. 2008. Effects of microstructures on dynamic compression of Barre granite. International Journal of Rock Mechanics and Mining Science, 45, 879–887.
• Zhai, Y., Ma, G., Zhao, J., 2008. Dynamic failure analysis on granite under uniaxial impact compressive load. Frontiers of Architecture and Civil Engineering in China 2(3): 253–260.
• Zhao, H. 2003. Material behavior characterization using SHPB techniques, tests and simulations. Computers and Structures, 81, 1301–1310.
• Zhou, Z., Li, X., Ye, Z., and Liu, K. 2010. Obtaining constitutive relationship for rate-dependent rock in SHPB tests. Rock Mechanics and Rock Engineering, 43 (6), 697–706.
• Zhu, W.C. 2008. Numerical modelling of the effect of rock heterogeneity on dynamic tensile strength. Rock Mechanics and Rock Engineering, 41 (5), 771–779.